(57)【要約】【課題】かしめ型の摩耗又はハウジングの寸法誤差の発生があっても安定してかしめ固定を行うことができ、被測定ガス室と基準ガス室との間の気密性を高く維持することができるガスセンサを提供すること。【解決手段】ガスセンサ１は、筒状のハウジング２、基準ガス室３０を形成するセンサ素子３、被測定ガス室５０を形成する被測定ガス側カバー５及びガス空間６０を形成する基準ガス側カバー６を有している。ハウジング２の筒状固定部２０は、筒状縮径部２２と筒状かしめ部２１とを有しており、かしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状は、筒状テーパ部２１２と筒状ストレート部２１１とからなる。筒状ストレート部２１１をシール材４に接触させ内周側に向けて屈曲変形させて、ハウジング２とセンサ素子３とをかしめ固定している。【選択図】図１
2005061908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングと、該ハウジングの内周に挿通配設され、内部に基準ガス室を形成してなるセンサ素子と、上記ハウジングの軸方向における一端部に連結され、上記センサ素子との間に被測定ガス室を形成してなる被測定ガス側カバーと、上記ハウジングの軸方向における他端部に連結され、上記基準ガス室に連通する基準ガス空間を形成してなる基準ガス側カバーとを有し、
上記ハウジングの軸方向における他端部に形成した筒状固定部と上記センサ素子との間にシール材を配置し、上記筒状固定部を上記シール材に接触させて内周側に向けて屈曲変形させることにより、上記ハウジングと上記センサ素子とをかしめ固定してなるガスセンサにおいて、
上記筒状固定部は、上記ハウジングの最大外径よりも小さい外径を有する筒状縮径部と、該筒状縮径部よりも拡径させて当該筒状固定部の先端へ向けて伸長形成した筒状かしめ部とを有しており、
上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状固定部の先端へ向けてテーパ状に縮径した筒状テーパ部と、該筒状テーパ部よりも先端側に形成された略同径状の筒状ストレート部とからなり、
上記筒状ストレート部を内周側に向けて屈曲変形させることにより、上記ハウジングと上記センサ素子とをかしめ固定していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１において、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状ストレート部の先端の厚みをｔ１、上記筒状テーパ部における外径が最も大きい最大径部の厚みをｔ３、上記筒状縮径部の厚みをｔ４としたとき、ｔ１＜ｔ４＜ｔ３の関係を有していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状ストレート部の先端の厚みをｔ１、上記筒状ストレート部の基端の厚みをｔ２、上記筒状縮径部の厚みをｔ４としたとき、（ｔ１＋ｔ２）／２＜ｔ４の関係を有していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状ストレート部の先端の厚みをｔ１、上記筒状ストレート部の基端の厚みをｔ２としたとき、ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１の関係を有していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、該筒状かしめ部の軸方向長さをＬ１、上記筒状ストレート部の軸方向長さをＬ２としたとき、０．４×Ｌ１＜Ｌ２＜０．７×Ｌ１の関係を有していることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用内燃機関の排気系に設置し、排ガス中の特定ガス濃度の測定等に使用されるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関の排気系（エキゾーストマニホルド、排気ガス管等）に取り付けられるガスセンサにおいては、筒状のハウジングの内周にセンサ素子を挿通し、ハウジングの軸方向端部に形成した筒状のかしめ部を屈曲変形させて、ハウジングとセンサ素子とをかしめ固定している。そして、センサ素子の外周面と内周面とには互いに対向する位置に一対の電極が設けてあり、センサ素子の内周面側には基準ガスを流入させる基準ガス室を、外周面側には被測定ガスとしての排ガスを流入させる被測定ガス室を形成して、排ガス中の特定ガス濃度の測定を行っている。また、上記ハウジングとセンサ素子とのかしめ固定によって、上記被測定ガス室と上記基準ガス室と間の気密性を確保している。
【０００３】
このように、ハウジングとセンサ素子とをかしめ固定してなるガスセンサとしては、例えば、特許文献１に示すものがある。そして、この特許文献１においては、かしめ固定を行う前の筒状のかしめ固定部において、屈曲変形させるかしめ部の形状を、その先端に向けて外径が細くなるテーパ状に形成し、各部の寸法関係を規定することによって、かしめ固定を行った後のかしめ固定部の外径が大きくなることを防止している。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１におけるかしめ部のテーパ形状は、かしめ部の基端における最大厚みＴ２がかしめ部の先端における最小厚みＴ１の２倍よりも大きくなっており、かしめ部における厚みの変化が大きい。そのため、かしめ固定を行う際に、かしめ部の全体が略均一に屈曲変形を行うことはできない。そして、特に、かしめ固定を行うためのかしめ型の成形面に摩耗が発生したとき、又はかしめ固定を行う前のかしめ固定部に寸法誤差が発生したときには、かしめ部を略９０°になるまで深く屈曲変形させることが難しい。そのため、このようなときには、十分なかしめ固定ができなくなるおそれがあり、上記ガスセンサにおいて、被測定ガス室と基準ガス室との間の気密性を確保するには十分ではない。
【特許文献１】特開２０００−２５８３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、かしめ型に摩耗が発生したとき又はかしめ固定を行う前のハウジングの筒状固定部に寸法誤差が発生したときでも安定してかしめ固定を行うことができ、被測定ガス室と基準ガス室との間の気密性を高く維持することができるガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、筒状のハウジングと、該ハウジングの内周に挿通配設され、内部に基準ガス室を形成してなるセンサ素子と、上記ハウジングの軸方向における一端部に連結され、上記センサ素子との間に被測定ガス室を形成してなる被測定ガス側カバーと、上記ハウジングの軸方向における他端部に連結され、上記基準ガス室に連通する基準ガス空間を形成してなる基準ガス側カバーとを有し、
上記ハウジングの軸方向における他端部に形成した筒状固定部と上記センサ素子との間にシール材を配置し、上記筒状固定部を上記シール材に接触させて内周側に向けて屈曲変形させることにより、上記ハウジングと上記センサ素子とをかしめ固定してなるガスセンサにおいて、
上記筒状固定部は、上記ハウジングの最大外径よりも小さい外径を有する筒状縮径部と、該筒状縮径部よりも拡径させて当該筒状固定部の先端へ向けて伸長形成した筒状かしめ部とを有しており、
上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状固定部の先端へ向けてテーパ状に縮径した筒状テーパ部と、該筒状テーパ部よりも先端側に形成された略同径状の筒状ストレート部とからなり、
上記筒状ストレート部を内周側に向けて屈曲変形させることにより、上記ハウジングと上記センサ素子とをかしめ固定していることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【０００７】
本発明のガスセンサにおいては、上記かしめ固定を行う前の筒状かしめ部の形状に工夫をし、かしめ固定による気密性の向上を図っている。
すなわち、本発明のガスセンサにおいては、上記かしめ固定を行う前の形状が、上記筒状テーパ部と上記筒状ストレート部とからなる筒状かしめ部を準備し、この筒状かしめ部における筒状ストレート部を内周側に向けて屈曲変形させることにより、上記ハウジングと上記センサ素子とをかしめ固定している。
【０００８】
そして、上記筒状かしめ部の筒状ストレート部は、その全体が略同一の外径を有する略同径状に形成されているため、かしめ型によってかしめ固定を行った際に、この筒状ストレート部は、その全体がほぼ均等に屈曲変形することができる。そのため、かしめ固定を行う際に、筒状ストレート部を略９０°になるまで深く屈曲変形させることができる。
そして、この筒状ストレート部の深い屈曲変形により、かしめ固定の際に上記シール材を上記ハウジングの軸方向に強く加圧することができ、このシール材によりハウジングとセンサ素子とを強く密着させることができる。
【０００９】
そのため、上記センサ素子と上記被測定ガス側カバーとの間に形成した被測定ガス室と、センサ素子の内部に形成した基準ガス室及び上記基準ガス側カバー内に形成したガス空間との間の気密性を向上させることができる。
また、上記かしめ固定を繰り返し行い上記かしめ型に摩耗が発生したとき、あるいは上記かしめ固定を行う前のハウジングの筒状固定部に寸法誤差が発生したときでも、上記筒状ストレート部は、その全体がほぼ均等に屈曲変形することができる。
それ故、本発明のガスセンサによれば、かしめ型に摩耗が発生したとき又はかしめ固定を行う前のハウジングの筒状固定部に寸法誤差が発生したときでも安定してかしめ固定を行うことができ、被測定ガス室と基準ガス室との間の気密性を高く維持することができる。
【００１０】
なお、上記筒状ストレート部の略同径状とは、筒状ストレート部の外径が完全な同径状である必要はなく、後述するように若干上記筒状固定部の先端に向けて縮径するテーパ状になっている場合も含めていう。また、上記かしめ固定の際に、上記筒状かしめ部の筒状ストレート部を屈曲変形させるときには、上記筒状かしめ部の筒状テーパ部も若干屈曲変形することもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上述した本発明のガスセンサにおける好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記ガスセンサとしては、酸素濃度を検出するＯ2センサ、二酸化炭素濃度を検出するＣＯセンサ、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するＮＯｘセンサ又はＨＣ（炭化水素）を検出するＨＣセンサ等がある。そして、上記ガスセンサは、内燃機関の排気系に設置して、この内燃機関の燃焼制御に使用することができる。
【００１２】
また、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状ストレート部の先端の厚みをｔ１、上記筒状テーパ部における外径が最も大きい最大径部の厚みをｔ３、上記筒状縮径部の厚みをｔ４としたとき、ｔ１＜ｔ４＜ｔ３の関係を有していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記かしめ固定を行う際に、上記筒状ストレート部の先端の厚みｔ１を、上記筒状縮径部の厚みｔ４よりも小さくしたことにより、筒状縮径部をほとんど変形させることなく、筒状ストレート部を屈曲変形させることが容易になる。また、筒状縮径部の厚みｔ４を、上記筒状テーパ部における最大径部の厚みｔ３よりも小さくしたことにより、上記筒状縮径部をハウジングの軸方向に座屈変形させて上記かしめ固定を行うことが容易になる。
【００１３】
また、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状ストレート部の先端の厚みをｔ１、上記筒状ストレート部の基端の厚みをｔ２、上記筒状縮径部の厚みをｔ４としたとき、（ｔ１＋ｔ２）／２＜ｔ４の関係を有していることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記筒状ストレート部の平均厚み（ｔ１＋ｔ２）／２を、上記筒状縮径部の厚みｔ４よりも小さくしたことにより、筒状ストレート部を一層滑らかに屈曲変形させることができる。
また、（ｔ１＋ｔ２）／２≧ｔ４の場合には、上記筒状縮径部が変形しやすくなり、この筒状縮径部の外径が大きくなってしまうおそれがある。
【００１４】
また、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、上記筒状ストレート部の先端の厚みをｔ１、上記筒状ストレート部の基端の厚みをｔ２としたとき、ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１の関係を有していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記筒状ストレート部の形状を、同径状又は若干上記筒状固定部の先端に向けて縮径した略同径状に形成して、筒状ストレート部を滑らかに屈曲変形させることができる。
また、ｔ１＞ｔ２の場合には、筒状ストレート部の形状が上記筒状固定部の先端に向けて若干拡径する逆テーパ状になり、筒状ストレート部が滑らかに屈曲変形をすることができなくなるおそれがある。一方、ｔ２＞１．１×ｔ１の場合には、筒状ストレート部の形状が上記筒状固定部の先端に向けて縮径するテーパ状になってしまい、この場合にも筒状ストレート部が滑らかに屈曲変形をすることができなくなるおそれがある。
【００１５】
また、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部の形状は、該筒状かしめ部の軸方向長さをＬ１、上記筒状ストレート部の軸方向長さをＬ２としたとき、０．４×Ｌ１＜Ｌ２＜０．７×Ｌ１の関係を有していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、筒状かしめ部の軸方向長さＬ１に対する筒状ストレート部の軸方向長さＬ２を最適な長さにすることができる。そのため、筒状ストレート部は、一層良好な屈曲変形を行うことができる。
また、０．４×Ｌ１≧Ｌ２の場合には、筒状ストレート部の軸方向長さＬ２が短くなりすぎて、この筒状ストレート部を略９０°になるまで屈曲変形させることができないおそれがある。一方、Ｌ２≧０．７×Ｌ１の場合には、筒状ストレート部の長さが長くなりすぎて、この筒状ストレート部が強度不足になり、上記筒状縮径部において良好な座屈変形ができなくなるおそれがある。
【実施例】
【００１６】
以下に、図面を用いて本発明のガスセンサにかかる実施例につき説明する。
本例のガスセンサ１は、図２に示すごとく、内部に挿通孔２０１を有する筒状のハウジング２と、このハウジング２の挿通孔２０１に挿通配設されたセンサ素子３と、上記ハウジング２の軸方向Ｌにおける一端部に連結された被測定ガス側カバー５と、上記ハウジング２の軸方向Ｌにおける他端部に連結された基準ガス側カバー６とを有している。上記センサ素子３は、その内部に基準ガス室３０を形成しており、被測定ガス側カバー５は、センサ素子３との間に被測定ガス室５０を形成している。また、上記基準ガス側カバー６は、その内側に上記基準ガス室３０に連通する基準ガス空間６０を形成している。なお、以下に、ハウジング２の軸方向Ｌのことを単に軸方向Ｌということがある。
【００１７】
また、図１に示すごとく、上記ハウジング２の軸方向Ｌにおける他端部には筒状固定部２０が形成されており、この筒状固定部２０と上記センサ素子３との間にはシール材４が配設されている。そして、上記ガスセンサ１においては、上記筒状固定部２０を上記シール材４に接触させて内周側に向けて屈曲変形させることにより、上記ハウジング２とセンサ素子３とがかしめ固定されている。
また、図２に示すごとく、上記筒状固定部２０は、ハウジング２の最大外径よりも小さい外径を有する筒状縮径部２２と、この筒状縮径部２２よりも拡径させて当該筒状固定部２０の先端２１１Ａへ向けて伸長形成した筒状かしめ部２１とを有している。
【００１８】
図１、図２に示すごとく、上記ガスセンサ１においては、上記かしめ固定を行う前の筒状かしめ部２１の形状が、上記筒状固定部２０の先端２１１Ａへ向けてテーパ状に縮径した筒状テーパ部２１２と、この筒状テーパ部２１２よりも先端側に形成された略同径状の筒状ストレート部２１１とからなる。そして、図１、図７に示すごとく、ガスセンサ１においては、上記筒状ストレート部２１１を内周側に向けて屈曲変形させることにより、ハウジング２とセンサ素子３とをかしめ固定している。
以下に、これを詳説する。
【００１９】
本例のガスセンサ１は酸素センサであり、自動車用内燃機関の排気系に設置して、この内燃機関の燃焼制御に使用するものである。
図２に示すごとく、本例のセンサ素子３は、その内部に中空穴状の基準ガス室３０を有している。また、このセンサ素子３は、軸方向Ｌの一端が閉塞されていると共に軸方向Ｌの他端が開口されたコップ型の固体電解質体と、この固体電解質体の内周面と外周面との互いに対向する位置に設けた一対の電極とにより構成されている。そして、センサ素子３の基準ガス室３０には、このセンサ素子３を加熱するためのヒータ３５が配設されている。
【００２０】
また、センサ素子３における一対の電極にそれぞれ接続されたセンサ出力線３０１は、絶縁碍子１１内でリード線１３１に接続され、ゴムブッシュ１２を経由してガスセンサ１の外部へ引き出されている。また、ヒータ３５に接続された一対の通電線３５１もまた、絶縁碍子１１内でリード線１３２に接続され、ゴムブッシュ１２を経由してガスセンサ１の外部へ引き出されている。
【００２１】
また、図２に示すごとく、本例のシール材４は、タルク等からなる粉末シール材４３と、センサ素子３とハウジング２との間の絶縁を行うための絶縁材４２と、筒状固定部２０の筒状かしめ部２１を接触させるための金属リング４１と、センサ素子３とハウジング２との間の密着性を向上させる金属パッキン４４とにより構成されている。そして、金属パッキン４４は、センサ素子３の外周面に形成した環状傾斜段部３１と、ハウジング２の内周面に形成した環状傾斜面２４との間に配設されている。また、粉末シール材４３、絶縁材４２及び金属リング４１は、センサ素子３の外周面とハウジング２の内周面との間に形成した環状凹部２５内に配設されている。
【００２２】
そして、ハウジング２の環状傾斜面２４と、ハウジング２の筒状固定部２０の筒状かしめ部２１との間に、金属パッキン４４、センサ素子３の環状傾斜段部３１、粉末シール材４３、絶縁材４２及び金属リング４１を挟持した状態で、センサ素子３とハウジング２とを密着させて、センサ素子３とハウジング２とをかしめ固定している。
【００２３】
図２に示すごとく、上記基準ガス側カバー６は、その軸方向Ｌの一方の端部に形成された開口端部６０１が、上記ハウジング２の筒状固定部２０を覆うようにして、このハウジング２に溶接固定されている。この基準ガス側カバー６の内部には絶縁碍子１１が配設されており、基準ガス側カバー６の上記開口端部６０１とは反対側の先端部６０２の内側にはゴムブッシュ１２が配設されている。
【００２４】
また、基準ガス側カバー６には、基準ガスをガスセンサ１内に導入するための基準ガス導入口６３が形成されている。また、基準ガス側カバー６の外周面には、上記基準ガス導入口６３の表面を覆うようにして撥水フィルタ６１が配設されており、この撥水フィルタ６１は、基準ガス側カバー６の外周側に配置したかしめカバー６２と共に基準ガス側カバー６にかしめ固定されている。また、このかしめカバー６２にも基準ガスを導入する基準ガス導入口６４が形成されている。
【００２５】
なお、上記基準ガスは大気であり、上記基準ガス導入口６３、６４から流入した大気は、上記基準ガス側カバー６内のガス空間６０を通過して上記センサ素子３内の基準ガス室３０まで流入することができる。
また、上記被測定ガス側カバー５は、内側カバー５１と外側カバー５２との２つのカバーを重ねて配設して構成されている。そして、内側カバー５１及び外側カバー５２には、それぞれ被測定ガスをそれらの内部に導入するための被測定ガス導入口５３が形成されている。
【００２６】
図１、図２に示すごとく、本例のハウジング２は、その軸方向Ｌにおける他端部に、上記基準ガス側カバー６の開口端部６０１内に挿入配設される筒状カバー配設部２３を有している。この筒状カバー配設部２３は、ハウジング２の最大外径よりも小さな外径を有しており、本例では、筒状カバー配設部２３の先端側に上記筒状固定部２０が形成されている。
また、上記かしめ固定を行う前の筒状ストレート部２１１は、その全体の外径が略均一な略同径状に形成されており、上記筒状縮径部２２もまた、その全体の外径が略均一な略同径状に形成されている。
【００２７】
本例においては、上記かしめ固定は、常温で上記筒状ストレート部２１１を冷かしめ型によって軸方向に加圧して屈曲変形させる冷かしめと、その後、冷かしめ型と同様の形状を有する熱かしめ型により上記屈曲変形させた筒状ストレート部２１１を押圧した状態で、これに通電を行うことにより、上記筒状縮径部２２を発熱・軟化させて座屈変形させる熱かしめとにより行う。そして、本例では、特に上記冷かしめを行い屈曲変形した状態の筒状かしめ部２１の状態により、かしめ性能を評価している。
【００２８】
本例では、図７に示すごとく、かしめ性能を評価する値として、筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θを用いる。この筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θは、上記冷かしめを行った後に、上記金属リング４１の中心を通って軸方向Ｌに沿った仮想軸線Ａ１と、金属リング４１の中心と金属リング４１に筒状ストレート部２１１が接触している位置とを結んだ仮想かしめ線Ａ２との間の角度をいう。そして、このかしめ角度θが０°に近いほど良好な冷かしめが行われていると考える。
なお、このかしめ角度θは、上記筒状ストレート部２１１が略９０°になるまで深く屈曲変形させることができたときには約０°となる。そして、このかしめ角度θが約０°のときには、上記熱かしめを行う際に粉末シール材４３の軸方向に最大の押圧力が得られる。
【００２９】
また、本例においては、上記かしめ固定を行う前の上記筒状かしめ部２１の形状に工夫をしており、かしめ固定による気密性の向上を図っている。すなわち、本例においては、上記かしめ固定を行う前の筒状かしめ部２１の形状を以下のように規定している。
ここで、上記筒状かしめ部２１の形状に用いるｔ１〜ｔ４及びＬ１、Ｌ２を以下のように定義する。
【００３０】
図１に示すごとく、ｔ１は、筒状ストレート部２１１の先端２１１Ａの厚みを表し、より詳細には、筒状ストレート部２１１の先端２１１Ａにおいて、上記ハウジング２の挿通孔２０１の内周面から筒状ストレート部２１１の外周面までの厚みを表す。ｔ２は、筒状ストレート部２１１の基端２１１Ｂの厚みを表し、より詳細には、筒状ストレート部２１１の基端２１１Ｂにおいて、ハウジング２の挿通孔２０１の内周面から筒状ストレート部２１１の外周面までの厚みを表す。
【００３１】
また、ｔ３は、筒状テーパ部２１２における外径が最も大きい最大径部の厚みを表し、より詳細には、筒状テーパ部２１２において、ハウジング２の挿通孔２０１の内周面から筒状テーパ部２１２の外周面までの最大厚みを表す。ｔ４は、筒状縮径部２２の厚みを表し、より詳細には、筒状縮径部２２において、ハウジング２の挿通孔２０１の内周面から筒状縮径部２２の外周面までの厚みを表す。また、Ｌ１は、筒状かしめ部２１の軸方向長さを表し、Ｌ２は、筒状ストレート部２１１の軸方向長さを表す。
【００３２】
そして、本例のかしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状は、ｔ１＜ｔ４＜ｔ３、（ｔ１＋ｔ２）／２＜ｔ４、ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１及び０．４×Ｌ１＜Ｌ２＜０．７×Ｌ１の関係を有している。具体的には、本例のかしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状は、ｔ１＝ｔ２＝約０．９ｍｍ、ｔ３＝約１．３ｍｍ、ｔ４＝約１．０ｍｍ、Ｌ１＝約３．７ｍｍ、Ｌ２＝約１．８ｍｍとし、上記各関係を満たすようにした。
【００３３】
次に、上記かしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状の各関係を導いた理由につき説明する。
上記ｔ１＜ｔ４の関係は、筒状ストレート部２１１の先端２１１Ａの厚みｔ１を、筒状縮径部２２の厚みｔ４よりも小さくすれば、上記冷かしめを行う際に、筒状縮径部２２はほとんど屈曲変形させることなく、筒状ストレート部２１１を優先して屈曲変形させることができることより導いた関係である。また、上記ｔ４＜ｔ３の関係は、筒状縮径部２２の厚みｔ４を、筒状テーパ部２１２における最大径部の厚みｔ３よりも小さくすれば、上記熱かしめを行う際に、筒状テーパ部２１２を軸方向Ｌにあまり座屈変形させず、筒状縮径部２２を優先して軸方向Ｌに座屈変形させることができることより導いた関係である。
【００３４】
また、以下に、（ｔ１＋ｔ２）／２＜ｔ４、ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１及び０．４×Ｌ１＜Ｌ２＜０．７×Ｌ１の関係を導く理由となった第１〜第３実験を行った結果を図３〜図５に示しながら説明する。
図３は、（ｔ１＋ｔ２）／２＜ｔ４の関係を導く理由となった第１実験の結果を示すグラフである。すなわち、同図においては、横軸にｔ４／（（ｔ１＋ｔ２）／２）をとり、縦軸に上記ハウジング２の筒状縮径部２２の外径φＤの変形量（ｍｍ）をとっている。
【００３５】
上記第１実験において、上記冷かしめを行う前において、ｔ４／（（ｔ１＋ｔ２）／２）を０．９〜１．３の間で変化させた筒状かしめ部２１を６つ準備し、これらを用いて冷かしめを行って、ハウジング２の筒状縮径部２２の外径φＤの変形量（ｍｍ）を測定した。なお、この第１実験に使用したかしめ型は、これを繰り返し使用したときに発生する摩耗の影響も考慮して、１００００回冷かしめを行った状態のものを使用した。また、ｔ２とｔ１との関係はｔ２／ｔ１＝１とし、ｔ３とｔ１との関係はｔ３／ｔ１＝１．５とした。
【００３６】
上記第１実験を行った結果、ｔ４／（（ｔ１＋ｔ２）／２）が１．０〜１．３である場合には、筒状縮径部２２の外径φＤがほとんど変化しなかったのに対して、ｔ４／（（ｔ１＋ｔ２）／２）が０．９及び０．９５である場合には、筒状縮径部２２の外径φＤが大きくなるよう変形したことがわかった。すなわち、筒状ストレート部２１１の平均厚み（ｔ１＋ｔ２）／２が筒状縮径部２２の厚みｔ４と同じである、又は筒状ストレート部２１１の平均厚み（ｔ１＋ｔ２）／２が筒状縮径部２２の厚みｔ４よりも小さい場合には、筒状縮径部２２の外径φＤがほとんど変化しないことがわかった。これにより、上記かしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状において、（ｔ１＋ｔ２）／２＜ｔ４の関係を規定した。
【００３７】
また、図４は、ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１の関係を導く理由となった第２実験の結果を示すグラフである。すなわち、同図においては、横軸にｔ２／ｔ１をとり、縦軸に上記筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θ（°）をとっている。
上記第２実験において、かしめ固定前において、ｔ２／ｔ１を１〜１．５の間で変化させた筒状かしめ部２１を４つ準備し、これらを用いてかしめ固定を行って、筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θ（°）を測定した。なお、この第２実験に使用したかしめ型は、上記第１実験と同様に、１００００回冷かしめを行った状態のものを使用した。また、Ｌ２とＬ１との関係はＬ２／Ｌ１＝０．５とし、ｔ３とｔ１との関係はｔ３／ｔ１＝１．５とした。
【００３８】
上記第２実験を行った結果、ｔ２／ｔ１が１及び１．１である場合には、かしめ角度θを約１３°以下に小さくすることができたのに対して、ｔ２／ｔ１が１．３及び１．５である場合には、かしめ角度θが約１５°以上に大きくなったことがわかった。すなわち、ｔ２／ｔ１を１〜１．１とすることにより、筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θを小さくして、良好な冷かしめができることがわかった。これにより、上記かしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状において、ｔ１≦ｔ２≦１．１×ｔ１の関係を規定した。
【００３９】
なお、上記第２実験においては、新品のかしめ型（冷かしめを初めて行うかしめ型）を使用してかしめ固定を行った場合についても、筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θを測定した。この結果、新品のかしめ型を用いてかしめ加工を行う場合には、上記かしめ角度θを約６°以下に小さくできることがわかった。
また、ｔ２／ｔ１が１よりも小さいときは、筒状ストレート部２１１の形状が筒状固定部２０の先端２１１Ａに向けて拡径する逆テーパ状になってしまうため、上記かしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状に適していないとした。
【００４０】
また、図５は、０．４×Ｌ１＜Ｌ２＜０．７×Ｌ１の関係を導く理由となった第３実験の結果を示すグラフである。すなわち、同図においては、横軸にＬ２／Ｌ１をとり、縦軸に上記筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θ（°）をとっている。
同図において、かしめ固定前において、Ｌ２／Ｌ１を０〜０．９の間で変化させた筒状かしめ部２１を７つ準備し、これらを用いてかしめ固定を行って、筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θ（°）を測定した。なお、この第３実験に使用したかしめ型は、上記第１実験と同様に、１００００回冷かしめを行った状態のものを使用した。また、ｔ２とｔ１との関係はｔ２／ｔ１＝１とし、ｔ３とｔ１との関係はｔ３／ｔ１＝１．５とした。
【００４１】
上記第３実験を行った結果、Ｌ２／Ｌ１が０．４〜０．９である場合には、かしめ角度θを約１０°以下に小さくすることができたのに対して、Ｌ２／Ｌ１が０及び０．２である場合には、かしめ角度θが約２０°以上に大きくなったことがわかった。すなわち、Ｌ２／Ｌ１を０．４以上とすることにより、筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θを小さくして、良好な冷かしめができることがわかった。
【００４２】
また、Ｌ２／Ｌ１を０．７以上にした場合には、Ｌ１に対する筒状ストレート部２１１の長さＬ２が長くなりすぎ、上記冷かしめを行った後の筒状かしめ部２１に熱かしめを行ったときに、この筒状ストレート部２１１が不必要に発熱し、上記筒状縮径部２２において良好な座屈変形が行われないことがわかった。そして、上記熱かしめを行った後に、上記ハウジング２とセンサ素子３とを密着させておく軸方向応力が小さくなってしまうことがわかった。以上の結果より、上記かしめ固定前の筒状かしめ部２１の形状において、０．４×Ｌ１＜Ｌ２＜０．７×Ｌ１の関係を規定した。
【００４３】
次に、上記筒状固定部２０の筒状かしめ部２１における筒状ストレート部２１１を、内周側に向けて屈曲変形させて、ハウジング２とセンサ素子３とをかしめ固定する方法につき詳説する。
上記かしめ固定を行うに当たっては、まず、上記ハウジング２の内周面に形成した環状傾斜面２４に金属パッキン４４を配置した状態で、このハウジング２の挿通孔２０１にセンサ素子３を挿通配置する（図２参照）。次いで、センサ素子３の外周面とハウジング２の内周面との間に形成された環状凹部２５内に粉末シール材４３を詰め込み、加圧型によりこの粉末シール材４３を環状凹部２５に対して加圧して、粉末シール材４３を圧縮してその密度を向上させる。
次いで、上記圧縮を行った後の粉末シール材４３の上に、絶縁材４２及び金属リング４１を配置する。
【００４４】
そして、上記かしめ固定を行う際には、環状に形成された曲状成形面を有するかしめ型を用いる。本例においては、常温で包みかしめ加工を行う冷かしめと、押圧しながら通電することにより筒状縮径部２２を発熱・軟化させ座屈変形させる熱かしめとを行うことによって、上記かしめ固定を行う。
すなわち、まずは、図６に示すごとく、上記冷かしめとして、冷かしめ型７１の曲状成形面７１１を、上記金属パッキン４４、粉末シール材４３、絶縁材４２及び金属リング４１を配置したハウジング２及びセンサ素子３に対して軸方向Ｌから接近させ、上記筒状固定部２０の筒状かしめ部２１における筒状ストレート部２１１の先端２１１Ａに当接させる。
【００４５】
そして、図７に示すごとく、筒状ストレート部２１１を加圧して、冷かしめ型７１の曲状成形面７１１の形状に沿って屈曲変形させ、この筒状ストレート部２１１によって金属リング４１を包み込む。また、この筒状ストレート部２１１の屈曲変形の際には、上記筒状テーパ部２１２も若干屈曲変形する。そして、上記筒状ストレート部２１１は、その全体が略均一の厚みを有しており、その全体がほぼ均等に屈曲変形することができる。こうして、上記冷かしめによって、ハウジング２とセンサ素子３とが上記金属パッキン４４、粉末シール材４３、絶縁材４２及び金属リング４１を介してかしめられる。
【００４６】
次いで、図示は省略するが、上記熱かしめとして、上記筒状固定部２０に通電を行いながら、熱かしめ型の曲状成形面によって、上記屈曲変形を行った後の筒状ストレート部２１１を上記軸方向Ｌにさらに加圧する。このとき、筒状固定部２０における筒状縮径部２２が座屈変形をすると共に、粉末シール材４３がさらに圧縮されて、ハウジング２とセンサ素子３とが粉末シール材４３を介してさらに強くかしめられる。そして、この熱かしめを行った後には、上記筒状かしめ部２１によって各シール材等４１〜４４には大きな軸方向応力が作用しており、ハウジング２とセンサ素子３とを強い力で密着させることができる。
【００４７】
本例においては、上記冷かしめ型７１によって冷かしめを行った際には、上記筒状ストレート部２１１は、その全体をほぼ均等に屈曲変形させることができ、略９０°になるまで深く屈曲変形させることができる。そして、上記筒状かしめ部２１におけるかしめ角度θを小さくすることができる。また、本例においては、この筒状ストレート部２１１の深い屈曲変形により、かしめ固定の際に上記粉末シール材４３を上記ハウジング２の軸方向Ｌに強く加圧することができる。そして、上記絶縁材４２により上記ハウジング２とセンサ素子３との間の絶縁を行った状態で、粉末シール材４３によりハウジング２とセンサ素子３とを強く密着させることができる。
【００４８】
そのため、上記センサ素子３と上記被測定ガス側カバー５との間に形成した被測定ガス室５０と、センサ素子３の内部に形成した基準ガス室３０及び上記基準ガス側カバー６内に形成したガス空間６０との間の気密性を向上させることができる。これにより、上記ガスセンサ１において特定ガス濃度の検出をする際に、上記被測定ガス室５０に被測定ガスを流入させ、上記基準ガス空間６０及び上記基準ガス室３０に基準ガスを流入させたときに、被測定ガスと基準ガスとが接触しないようにすることができ、特定ガス濃度の検出精度を向上させることができる。そして、上記被測定ガスとして用いる内燃機関の排ガスの温度が高くなったときにおいても、上記被測定ガス室５０と基準ガス室３０との間の気密性を維持することができる。
【００４９】
また、上記冷かしめを繰り返し行い上記冷かしめ型７１に摩耗が発生したとき、あるいはこの冷かしめを行う前のハウジング２の筒状固定部２０に寸法誤差が発生したときでも、上記筒状ストレート部２１１は、その全体がほぼ均等に屈曲変形することができ、上記かしめ角度θも小さく維持することができる。
それ故、本例のガスセンサ１によれば、冷かしめ型７１に摩耗が発生したとき又は冷かしめを行う前のハウジング２の筒状固定部２０に寸法誤差が発生したときでも安定して冷かしめを行うことができ、被測定ガス室５０と基準ガス室３０との間の気密性を高く維持することができる。
【００５０】
また、本例のハウジング２においては、上記冷かしめ及び熱かしめのかしめ固定を行った後に、上記筒状縮径部２２の外径φＤがほとんど変化しなかった。そのため、上記筒状カバー配設部２３の変形もほとんどなく、この筒状カバー配設部２３を上記基準ガス側カバー６の開口端部６０１に挿入配置することが容易であり、ハウジング２と基準ガス側カバー６との組付を容易に行うことができた。
【００５１】
また、本例においては、図８に示すごとく、上記ガスセンサ１と比較を行うために、従来のガスセンサにおける筒状かしめ部９１（全体が先端９１１に向けて縮径するテーパ形状を有する）についても、１００００回冷かしめを行った状態の冷かしめ型７１を用いて冷かしめを行った。その結果、図９に示すごとく、筒状かしめ部９１を略９０°になるまで屈曲変形をさせることはできず、筒状かしめ部９１におけるかしめ角度θをあまり小さくすることができなかった。このことからも、上記ガスセンサ１による優れた作用効果を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例における、筒状固定部におけるかしめ固定を行う前の筒状かしめ部の形状を示す断面説明図。
【図２】実施例における、ガスセンサの構成を示す断面説明図。
【図３】実施例における、横軸にｔ４／（（ｔ１＋ｔ２）／２）をとり、縦軸に筒状縮径部の変形量（ｍｍ）をとって、第１実験の結果を示すグラフ。
【図４】実施例における、横軸にｔ２／ｔ１をとり、縦軸に筒状かしめ部におけるかしめ角度θ（°）をとって、第２実験の結果を示すグラフ。
【図５】実施例における、横軸にＬ２／Ｌ１をとり、縦軸に筒状かしめ部におけるかしめ角度θ（°）をとって、第３実験の結果を示すグラフ。
【図６】実施例における、冷かしめ型の曲状成形面を、筒状かしめ部における筒状ストレート部の先端に当接させた状態を示す断面説明図。
【図７】実施例における、冷かしめ型の曲状成形面により、筒状かしめ部における筒状ストレート部を屈曲変形させた状態を示す断面説明図。
【図８】実施例における、冷かしめ型の曲状成形面を、従来のガスセンサの筒状かしめ部の先端に当接させた状態を示す断面説明図。
【図９】実施例における、冷かしめ型の曲状成形面により、従来のガスセンサの筒状かしめ部を屈曲変形させた状態を示す断面説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１  ガスセンサ
２  ハウジング
２０  筒状固定部
２１  筒状かしめ部
２１１  筒状ストレート部
２１１Ａ  先端
２１１Ｂ  基端
２１２  筒状テーパ部
２２  筒状縮径部
３  センサ素子
３０  基準ガス室
３５  ヒータ
４  シール材
５  被測定ガス側カバー
５０  被測定ガス室
６  基準ガス側カバー
６０  ガス空間
Ｌ  軸方向
θ  かしめ角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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